Durante las últimas décadas, los astrónomos se han enfrentado a una realidad agridulce: cuanto más avances científicos hacemos, más misterioso se muestra el universo. Esto se debe a que con el desarrollo de la tecnología somos capaces de obtener datos con una precisión sin precedentes, que lejos de validar nuestros avances en astronomía, muchas veces contradicen las teorías sobre las que se construye nuestro conocimiento.
Aunque descartar décadas de trabajo teórico puede resultar desalentador, muchas mentes curiosas están comenzando a repensar la forma en que concebimos el universo y su complejidad. De hecho, nuestro modelo cósmico actual está siendo cuestionado, con varias teorías nuevas que ahora están subiendo al escenario.
ΛCDM: Nuestro modelo actual del cosmos
El modelo Lambda Cold Dark Matter (modelo ΛCDM para abreviar) es la parametrización de la estructura del cosmos que los científicos han empleado para proporcionar una explicación de las propiedades del universo, que de otro modo serían incompatibles entre sí.
Según este modelo, el cosmos está formado por tres componentes principales: energía oscura (Lambda “Λ”), materia oscura fría “CDM” y materia ordinaria.
La energía oscura es una forma desconocida de energía que afecta al universo en las escalas más grandes y representa el 68 por ciento de su composición. Cold Dark Matter, por otro lado, constituye aproximadamente el 27 por ciento del universo y se refiere a elementos cósmicos que no se pueden ver directamente y que se mueven lentamente e interactúan débilmente con otros objetos. La materia ordinaria, por el contrario, se refiere a todo lo que podemos ver o detectar con telescopios.
Este modelo cósmico ha ayudado a los astrónomos a explicar la distribución a gran escala de las galaxias, así como la abundante presencia de hidrógeno, helio y litio, los elementos químicos más ligeros. También ha proporcionado una explicación razonable de la existencia y estructura de la radiación cósmica de fondo que llena todo el espacio y la constante expansión del universo.
Sin embargo, esta última propiedad cósmica, la expansión del universo, se ha convertido en uno de los talones de Aquiles de la teoría. Aunque el modelo ΛCDM logró explicar el movimiento continuo de las galaxias alejándose de la Tierra, atribuyéndolo al funcionamiento de la misteriosa energía oscura (Λ), las estimaciones sistemáticas de la tasa de expansión han revelado inconsistencias en el modelo cósmico actual que podrían dejarlo obsoleto.
Dos propiedades cósmicas desconcertantes
Las técnicas para estimar la tasa de expansión del universo, conocidas como la constante de Hubble (Ho), han mejorado mucho en los últimos años y, aunque las mediciones se han vuelto más precisas, los astrónomos han descubierto que la diferencia de valores es cada vez mayor. Esta discrepancia se ha llamado Tensión de Hubble.
Se han observado discrepancias similares para otra propiedad cósmica conocida como valor sigma-8 (σ8): el grado en que la materia se agrupa en todo el universo. En este caso, las medidas predichas por el modelo ΛCDM y los datos empíricos difieren con una significación estadística de alrededor de 2σ a 3σ. De hecho, la investigación ha encontrado que nuestro universo puede ser más delgado de lo que sospechamos.. Además, diferentes técnicas de observación a menudo arrojan valores diferentes.
Descubrir que el modelo ΛCDM ya no satisface el principio cosmológico, que establece que el universo se ve igual en todas las direcciones: isotropía, y en todas las ubicaciones: homogeneidad; los astrónomos se preguntan si el problema radica en nuestra comprensión básica del cosmos.
Aliviar ambas tensiones
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Las discrepancias de Hubble y sigma-8 se han convertido en misterios de larga data para los científicos, quienes han notado que estos dos parámetros están tan intrínsecamente correlacionados que una vez que uno se resuelve, el otro diverge aún más.
“Arreglas un problema y aparece otro problema”, le dijo a Vice Arsalan Adil, estudiante de doctorado en física teórica en la Universidad de California. «Hay muchas propuestas que corrigen esta discrepancia [del Hubble], pero luego empeoran mucho la discrepancia sigma-8».
Intentando resolver el enigma, Adil y sus colegas han propuesto una nueva teoría llamada “Quintaesencia” que promete aliviar ambas tensiones simultáneamente. Según esta teoría, la gran mayoría del universo está compuesto por una sustancia no descubierta llamada quintaesencia que, en términos simples, es una forma de energía oscura con sorprendentes propiedades físicas y un comportamiento novedoso.
La quintaesencia es repulsiva a las fuerzas gravitatorias. Esto significa que en lugar de hacer que la expansión del universo se ralentice debido a la fuerza de atracción de la gravedad, como lo harían otras formas de energía como la materia y la radiación, la quintaesencia hace que la expansión del universo se acelere.
Este tipo hipotético de energía oscura se diferencia del modelo ΛCDM en que es dinámico, es decir, cambia con el tiempo, lo que resuelve la discrepancia de Hubble entre otras tensiones. Y aunque esta teoría no siempre está de acuerdo con los datos de observación, ha demostrado que nuestro modelo cósmico actual puede ser superado por otro modelo cosmológico estándar.
Repensando el universo
Frente a las inconsistencias de nuestro modelo actual, los científicos han comenzado a pensar en ΛCDM como otra buena aproximación a la estructura del cosmos y un punto de partida en un largo viaje para comprender la naturaleza esquiva del universo.
Dado que Hubble y Sigma-8 son solo la punta del iceberg, hay otras discrepancias que quedan por explicar a gran escala, como las cantidades de litio inferiores a las esperadas en el universo, la existencia de supervacíos y la posibilidad del universo que tiene una forma cerrada.
En un campo donde las preguntas abundan más que las respuestas, nuestra incertidumbre aparentemente frustrante puede resultar beneficiosa para nuestras investigaciones cosmológicas, donde nuestras formas de estudiar y comprender el universo pueden ser los obstáculos mismos.
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